1、JSCAST,三维流动、凝固数值解析系统,铸造过程数值解析简介 JSCAST在铸造中的运用实例武汉理工大学液态模锻技术中心 陈云,内容简要,高力科公司概要,1982年 由小松公司全额出资设立（当时：小松软件开发） 1986年 铸造方案CAE系统SOLIDIA(即现在：JSCAST销售开始) 1992年 公司更名为小松软件株式会社 2000年 股东构成变更，成为TIS GROUP的一员（ITS 80、小松 20） 2003年2月 公司名变更为高力科株式会社 （英文名：QUALICA Inc）,铸造CAE运用背景,铸造领域面临以下现状：,产业的全球化导致了铸造产品竞争的日益激烈。即：低成本化，短生
2、产周期化，高品质化。 摆脱凭传统经验和反复试作来解决铸造缺陷问题的旧方法。 熟练技术工人的高龄化，年轻技术人员的制造业脱离等社会现象导致了铸造技术传授的日趋苦难。,由于上述原因，铸造工艺设计员渴望简单而又实用的铸造模拟技术的出现。,JSCAST的介绍,适用于各种铸造工艺（重力铸造、压铸、半固态铸造、倾斜铸造、低压铸造、精密铸造等），对熔融金属在铸型内的流动，充填，冷却，凝固等过程进行数值模拟的计算机系统。,在计算机屏幕上可实现对铸造工艺的科学评价，让用户在一下方面获益：,预测缺陷； 节约能源； 减少试生产的次数，降低模具的制作费用； 便于铸造工艺知识的积累，传授等。,JSCAST在铸造行业中的
3、应用,JSCAST系统各功能模块,JSCAST:按用户的铸造工艺分类,JSCAST:按用户类别分类,JSCAST的概要,三维CAD：STL,实体模型的导入，重量计算，网格划分等,流动与凝固过程的模拟解析 开发：I.E.Solutions, Multi-Flow,计算结果的显示功能,STL输入界面的概要 （笔记本电脑外壳）,提供铸件的STL模型,JSCAST在压力铸造中的应用,缩孔缺陷的预测 金属型温度控制设计 充型流动的可视化 考虑背压流动解析 AL缩孔缩松缺陷预测 套筒内的流动状况 套筒的寿命预测（热变形）,各种铸造缺陷及适用的判据,金属型温度控制设计实例（1/2）,旧方案（14条冷却水管）
4、,使用脱模剂时的,无脱模剂时温度解析结果,模具温度解析结果,根据温度解析的结果、旧方案：温度过高脱模剂附着性能下降模具表面温度必须降低70以上,实际温度测量结果,金属型温度控制设计实例（2/2）,新方案（14条冷却水管）,温度解析结果,实际铸造温度测量结果,模具内冷却水管：14 23,金属型表面温度成功地控制在规定范围内提高了脱模剂的附着性能,资料提供：东芝机械,规则不规则混合网格解析,提高薄壁铸件、曲面形状的解析精度,在保持操作简单以及解析精度的同时，减少对使用者负担的一种手法。,在前处理器中和正交网格分割有相同的操作性； 在制品内部仍以正交网格分割、仅在曲面部分以及薄壁部分以不规则网格分割
5、； 流动的数值解析方法，仍以直接差分法(DFDM)计算,Mg合金压力铸造（笔记本电脑壳体）,笔记本电脑壳体充型动画,实际铸件的验证实例（1/2）,实际铸件的验证实例（2/2）,考虑背压的流动解析,考虑到型腔未充填部分的气体压力（背压）以及排气孔或出气通道的排气度，以实现接近于实际的流动模拟解析。,随着金属液的充填、铸型内未充满部分的空气被压缩导致压力上升，金属液界面受到压力的作用，此压力被称为背压。,如果背压很大，将会造成充填不良、气体卷入等铸造缺陷。,防止此类铸造缺陷的方法： 增大铸造压力 在铸型上加孔道（排气孔或出气通道）,考虑背压和卷气的充型解析,伴随着熔液的流入，型腔内的压力上升,熔液
6、,排气孔,考虑背压的流动解析的特征,1)考虑由排气孔和出气通道的气体排出 2)甚至考虑到微量气体的卷入 3) 预测由于铸造压力不足产生的充填不良 4) 气体向着砂型的逃逸（正在开发，release时期未定）,考虑背压的流动解析中各事项的假定及定义,1) 型腔未充满部分的气体交汇形成Gas Group（气体团） 2) 气体为理想气体，各Gas Group的气体压力、体积、密度、温度相等 3) 气体经由排气孔和出气通道网格中定义的铸件网格向外排气 4) 排气孔和出气通道网格中定义的铸件网格如果被熔液充满，则不进行排气的计算。,5) Gas Group内不包含排气孔和出气通道的话气体缺陷 6) 在气
7、体缺陷团内，如果缺陷在网格尺寸以下的情况下，就在网格内产生一个Marker（标记）进行追踪。如果Marker再次包含到Gas Group中则Marker消失 7) Marker（微小气体缺陷）的速度由周围熔液的速度来推定，不考虑浮力。不考虑Marker之间的相互冲撞以及和内壁表面接触后的吸附。,假定以及背压的造型,考虑背压的充型解析（实例1）,仅在左侧上部 开设排气孔,在两侧上部同时 开设排气孔,資料提供：大阪大学,考虑背压的充型解析（实例2）机动车引擎盖,气体卷入：缺陷和解析结果,(a) 实际生产结果,(b) 模拟解析结果,資料提供：大阪大学,考虑背压的充型解析（实例3）箱型,資料提供：東芝
8、机械,考虑背压的充型解析（事例3）箱型,射出条件 低速射出速度： 30cm/s 高速射出速度：100cm/s 切换时间： 40ms,考虑背压的充型解析（实例3）箱型,射出条件 低速射出速度： 30cm/s 高速射出速度：100cm/s 切换时间： 40ms,射出条件 低速射出速度： 30cm/s 高速射出速度：400cm/s 切换时间： 40ms,考虑背压的充型解析（实例3）箱型,射出条件 低速射出速度： 30cm/s 高速射出速度：100cm/s 切换时间： 40ms,射出条件 低速射出速度： 30cm/s 高速射出速度：400cm/s 切换时间： 40ms,考虑背压的充型解析（实例3）箱型
9、,考虑背压的充型解析（实例3）箱型,射出条件 低速射出速度： 30cm/s 高速射出速度：100cm/s 切换时间： 40ms,考虑背压的充型解析（实例3）箱型,射出条件 低速射出速度： 30cm/s 高速射出速度：100cm/s 切换时间： 40ms,实际案例解析滑枕,武汉武重铸锻有限公司,产品型号：TK6920 零件号：20033 零件名称：滑枕,技术要求： 1、铸件不允许有气眼，夹砂，缩孔，裂纹等缺陷。 2、铸件进行时效处理。 3、未注铸造圆角：R5R10。 4、法兰盘T6916-20027，T6916-20028，8n620 J44-1装上后与导轨一起配磨。 5、模型参考T6916-2
10、0076的模型。,铸造工艺,铸件毛重 （Kg）：3800 浇冒系统 （Kg）：600 浇注铁水重 （Kg）：4400 炉料号： QT600-3 出炉温度 ：1400 浇注温度 ：13201340 浇注时间 （s）：60 铸件冷却时间（h）：24 F直=113cm2 F横=130.5cm2 F内=106cm2 雨淋内浇口：HZTJ1-35，L=300（共11个，芯盒刻定位） 直浇口：HZTJ1-120，L=300（共1个，芯盒内刻定位） 冒口：30100/80150，l=150（共4个）,滑枕3D模型,横浇道,直浇道,内浇道,冷铁,铸件,冒口,型芯,网格的剖分, 立方体网格25055103046
11、31Z轴负方向流动 充填率99.0 凝固 凝固率100.0,物理参数,铸件（FCD600）浇口部位：1320 型腔内部空气：10 液相线温度：1180（）固相线温度：1140（）比热 ：0.2(cal/g）导热系数 ：0.07（cal/cmsec）凝固潜热 ：50（cal/g）动粘度系数：0.01（cm2/s）密度：与温度依存,物理参数,砂型（SAND）初期温度 ：10（）密度：1.5（g/cm3）比热：0.2（cal/g）导热系数：0.002（cal/cmsec,冷铁初期温度：10（）密度：7.5（g/cm3）比热：0.16（cal/g）导热系数：0.08（cal/cmsec,传热系数cal
12、/cm2sec ,计算条件（流动）,浇注速度：,浇注温度：,流动解析结果充填动画,凝固解析结果凝固过程动画,凝固解析结果凝固过程温度分布,缩松缺陷可能发生的位置（区域1）,判据：新山判据Niyama于1982年提出的 法(G一温度梯度；R一凝固速度；K为常数)，即新山判据。该判据认为在忽略了气体扩散析出对缩孔、缩松的影响情况下， 存在一个临界值 ；当 时，该区域就会产生缩松。,缩松缺陷可能发生的位置（区域2）,缩松缺陷可能发生的位置（区域3）,计算时间,本解析使用的PC配置 CPU Intel(R) Core(TM)2 CPU 1.86GHz RAM 3GB OS Windows XP Service Pack 2计算时间 流动计算 计算时间 ： 21.1小时 充型终了时间 ： 43.3秒（99充填） 凝固机算 计算时间 ： 4.2分钟 凝固终了时间 ： 61.7分钟（100凝固）,的效果,1.预测铸造缺陷,2. 降低试生产次数、减少模具费用,3. 提高批量生产的产品品质,4. 节省能源、降低成本,5. 铸造方案技术的积累、传授,6. 培养年轻的铸造技术员和公司海外分部的当地铸造技术员,结束,武汉理工大学液态模锻技术中心陈 云 电话：18971699553 Email：,
